CN103245707A - 用于电化学测量系统中的应用的电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电化学测量系统中的应用的电极（8），包括：其中包含至少一个腔室（2）的至少一个壳体（1）；被布置于腔室（2）中的至少一种电解质（3）；以如下方式被布置于腔室（2）中的至少一个电位形成元件（6）：使得电解质（3）湿润电位形成元件（6）；以及，接触电位形成元件（6）且从腔室（2）引导电位的至少一个电导体（4），其特征在于电导体（4）被提供有至少一个涂层（5）。

Description

用于电化学测量系统中的应用的电极

技术领域

本发明涉及用于电化学测量系统中的应用，例如用于确定电化学电位，的电极。电化学传感器例如用于确定pH值且被广泛地用于例如化学、医学、工业以及环境和水分析中。

背景技术

本发明所针对的问题领域将使用电位传感器来解释。然而，本发明并不限于电位传感器，而是替代地，广泛地涉及用于电化学测量系统中的应用的电极，例如，用于安培测量法的电极。电位传感器具有测量电极与参考电极，确定在测量电极与参考电极之间的电位差。除了被单独引入到过程介质内的测量电极与参考电极的系统之外，特别是在pH测量领域中，还已知所谓的单杆测量链，也被称作组合电极，它将测量电极与参考电极组合在一个探针中。

测量电极具有线形电位感测元件，其通常由电位形成或电位敏感元件，最通常地由银/氯化银，和呈金属线形式的用于将电位引导出的电导体组成。电位形成元件至少部分地被参考电解质包围。经由液体接界，例如膜，参考溶液被放置成与测量介质进行电化学交换。

参考电极的电位感测元件能够同样由银/氯化银以及电导体组成，且最通常地，浸没于电解液中。通常，电位感测元件和电解液被放置于玻璃管中，玻璃管以pH敏感玻璃膜朝向待测量的介质终止。在参考电极与测量电极之间的电位取决于测量介质的pH值。

为了使电导体在溶液中不分解，耐电化学性的材料是必需的。在这里最常用的是贵金属，例如银或铂。

经由例如呈粘合剂层形式的密封元件，导体被引导至远离该介质的电极端部上的相对应界面。经由该界面，测量信号到达上级系统，例如测量变送器。

存在具有超过40cm长的电极的实施例形式。在此情况下，电导体必须也至少这样长。在银或铂的应用中，大量材料成本用于固体材料的电导体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电化学测量的电极，这种电极可成本效益地制造且仍然具有耐电化学性。

通过一种电极来实现这个目的，该电极包括：

-至少一个壳体，其中包含至少一个腔室，

-至少一种电解质，该电解质被布置于该腔室中，

-至少一个电位形成元件，该电位形成元件被以如下方式布置于腔室中：使得电解质湿润电位形成元件；以及

-至少一个电导体，该电导体接触电位形成元件且从腔室引导电位，

其特征在于

电导体被提供有至少一个涂层。

如果电导体被提供有涂层，那么，就不再不可避免地使电导体为耐电化学性的材料。与之相反，必须从这样的材料组中选择涂层。因此，能够选择价格优惠的材料用于导体，且仅涂层需要为可能昂贵、耐电化学性的材料。

在有利实施例中，电位形成元件至少部分地套住并终止电导体。整个导体的涂布为标准过程。电位形成元件被施加到导体的端部的涂层上。这个端部然后被用于确定电位。

在备选实施例形式中，电位形成元件相对于电导体被在轴向上布置且经由接合部与电导体连接和/或接触。

在优选实施例中，电位形成元件由至少一种金属或至少一种金属盐、或者至一种金属与至少一种金属盐的组合组成。

有利地，涂层由比电导体更不活泼的材料组成。以此方式，能保护电导体防止其被腐蚀。在理想情况下，涂层为贵金属或贵金属合金。贵金属具有很强的抗腐蚀性，特别地很强的抗氧化性。通过将贵金属层置为涂层，保护了电导体。与导体相比，贵金属层相对较薄，从而能节省成本。

作为贵金属或贵金属涂层的替代，多种其它材料同样是适合的，只要它们具有足够的耐（电）化学性。

在优选实施例中，涂层由玻璃组成，其中，在电位形成元件的区域中，玻璃被省去。玻璃具有与贵金属相似的耐腐蚀性且能够被优选地使用。为了使电位形成元件与电导体之间存在电接触，在此区域玻璃被省去。玻璃涂布的线可被引导穿过密封元件。

在有利的进一步改进中，电导体由贱金属或贱金属的合金组成。因为贱金属和其合金通常比贵金属更廉价，此方式能够节省成本。

优选地，电导体被提供有第一涂层和第二涂层，其中电导体比第一涂层更活泼，且第二涂层为玻璃，其中，在电位形成元件的区域中，玻璃被省去。通过在电导体上施加两个涂层，得到了电导体将不会遭到腐蚀破坏的额外保证。除了玻璃之外，其它耐腐蚀材料也可选。

在优选实施例中，电导体由钛或钛合金组成且涂层为铂系金属，特别地为铂本身。在具有两个涂层的导体的情况下，第一涂层由铂系金属组成，特别地为铂本身，且第二涂层由玻璃组成。优选地，玻璃的热膨胀系数被选择为与钛的热膨胀系数近似。

在优选实施例中，电导体由钨或钨合金组成且涂层为铂系金属，特别地为铂本身。在具有两个涂层的导体的情况下，第一涂层由铂系金属组成，特别地为铂本身，且第二涂层由玻璃组成。优选地，玻璃的热膨胀系数被选择为与钛的热膨胀系数近似。

附图说明

现将基于附图来更详细地解释本发明，附图中的图如下示出：

图1参考电极的示意图；

图2具有电位形成元件的电导体的第一实施例，

图3具有电位形成元件的电导体的第二实施例，

图4具有电位形成元件的电导体的第三实施例，以及

图5具有电位形成元件的电导体的第四实施例。

在图中，相同的特征被提供以相同的附图标记。

具体实施例

图1示意性地示出了根据本发明实施例的电极8，更具体地参考电极8，的构造。电极8被置于介质中，该介质的pH值待测量。然而，本发明可同样适用于其它电极的情况，例如适用于离子选择性的测量电极，诸如例如pH测量电极，以及适用于测量氧化还原电位的传感器。

参考电极包括壳体1，壳体1优选地包括玻璃且至少部分地被填充有电解质3。为了密封上壳体截面以保持电解质3，闭合元件（未图示）被置于壳体中。由闭合元件界定的壳体的部分在下文中被称作腔室2。位于腔室2中的是电位形成元件6。为了将在电位形成元件6上形成的电位引导出，使电位形成元件6与电导体4接触。

此处描述的pH测量方法为电位测定方法，即，通常，并无电流通过电导体4流动。然而，本发明也应用于电化学方法，在此情况下，要发生电流流动，因此例如为电流分析或电量分析的情况。

电解质3湿润电位形成元件6。在图示的参考电极的情况下，液体接界10（并未更详细地示出）位于腔室2壁中，液体接界形成到介质的盐桥。

图2更详细地示出了这样的电导体4。该导体典型地被实施为线。然而，实施例的形式也可包括绞线或辫编线。电导体4在其整个长度上由涂层5包围。在实施例中，也涂布导体的两端。电导体4典型地由比涂层5更活泼的材料组成。用于导体的材料可包括，例如，钛、钨、锇、锆、铪、铌、钒、铝、钼、铜或它们的合金之一，例如TiAl₆Sn₂Zr₄Mo₂。用于涂层5的材料包括，例如，铂系金属（钌、铑、钯、锇、铱、铂）、银或金。涂层5通过无电流涂布技术或电流涂布技术来施加。

通常，涂层金属为贵金属。由于贵金属耐腐蚀性很强，由涂层5保护电导体4避免被电解质3腐蚀。由于仅需要较薄厚度的涂层5，能节省材料成本。图2b示出了涂层5也被施加到导体4的端部上的情况下的实施例形式，而与之相反，图2a为端部没有涂层5的情况下的实施例形式。

在介质中位于电导体4端部的是电位形成元件6。在第一实施例中，在介质中，电位形成元件6套住导体且包围导体端部，以便保护更活泼的金属避开电解质3，从而防止腐蚀，更通常地防止更活泼金属的氧化。

电位形成元件6由金属部分和金属盐的供应组成。例如，金属部分为银，而盐为氯化银。金属和金属盐在此处没有被示出为两个单独层。然而，从例如EP1172648A1已知这种情形。通过化学、电化学或物理过程来施加金属涂层。盐优选地通过化学或电化学过程来施加。

图3示出了本发明的电极8的另一实施例。在此情况下，电位形成元件6被在轴向上附连到电导体4。电位形成元件6与电导体4连接，在此情况下，例如通过在接合部7处熔焊、软钎焊、硬钎焊或粘附而连接。在接合部7，为了更加安全，可施加典型地与涂层5相同的不活泼材料层。带有其涂层5的电导体4具有与上文参考图1和图2所描述的相同的性质。

存在其中保护漆或收缩管用作涂层或接合部的变型。

图4示出了本发明的电极8的另一实施例。此处，电极带有玻璃的涂层9，其中，在电极8的端部上，玻璃被省去，且如上文所述那样施加电位形成元件6。例如通过在金属线上熔化玻璃管来施加玻璃。

图5示出了本发明的电极8的另一实施例。在此情况下，两个涂层5、9被施加于电导体4上。在此情况下，第一涂层5为比电导体4的材料更不活泼的材料。第二涂层9为玻璃且提供防腐蚀的额外安全性。使用上文所述的材料如上文所述是那样来施加第一涂层5和第二涂层9。图5b示出了涂层5也被施加到导体4的端部上的情况下的实施例形式，与之相反，在图5a中，在端部省去了涂层5。

而且，图2和图5的实施例的形式的组合是可选项，即，电位形成元件6的在轴向上布置和两个涂层的系统。

而且，图4和图5的实施例形式的组合是另一可选项，即，玻璃涂层和电位形成元件6的在轴向上布置。附图标记列表

1    壳体

2    腔室

3    电解质

4    电导体

5    第一涂层

6    电位形成元件

7    接合部

8    电极

9    第二涂层

10   液体接界

Claims (11)

1.用于电化学测量系统中的应用的电极（8），包括：

-至少一个壳体（1），在所述壳体（1）中包含至少一个腔室（2），

-至少一种电解质（3），所述电解质（3）被布置于所述腔室（2）中，

-至少一个电位形成元件（6），所述电位形成元件（6）以如下方式被布置于所述腔室（2）中：使得所述电解质（3）湿润所述电位形成元件（6）；以及

-至少一个电导体（4），所述电导体（4）接触所述电位形成元件（6）且从所述腔室（2）引导电位，

其特征在于

所述电导体（4）被提供有至少一个涂层（5）。

2.根据权利要求1所述的电极（8），

其中，所述电位形成元件（6）至少部分地套住并终止所述电导体（4）。

3.根据权利要求1所述的电极（8），

其中，所述电位形成元件（6）相对于所述电导体（4）被在轴向上布置且经由接合部（7）与所述电导体（4）连接和/或接触。

4.根据权利要求1至3中至少一项所述的电极（8），

其中，所述电位形成元件（6）包括至少一种金属或至少一种金属盐，或者至少一种金属与至少一种金属盐的组合。

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的电极（8），

其中，所述涂层（5）包括比所述电导体（4）更不活泼的材料。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的电极（8），

其中，所述涂层（5）为贵金属或贵金属合金。

7.根据权利要求1至4中至少一项所述的电极（8），

其中，所述涂层（5）包括玻璃，

其中，在所述电位形成元件（6）的区域中，玻璃被省去。

8.根据权利要求1至7中至少一项所述的电极（8），

其中，所述电导体（4）包括贱金属或贱金属合金。

9.根据权利要求1、2、4、7或8中至少一项所述的电极（8），

其中，所述电导体（4）被提供有第一涂层（5）和第二涂层（9），

其中，所述电导体（4）比所述第一涂层（5）更活泼，

且所述第二涂层（9）为玻璃，其中，在所述电位形成元件（6）的区域中，玻璃被省去。

10.根据权利要求1至9中至少一项所述的电极（8），

其中，所述电导体（4）包括钛或钛合金且所述涂层为铂系金属，特别地为铂本身。

11.根据权利要求1至9中至少一项所述的电极（8），

其中，所述电导体（4）包括钨或钨合金且所述涂层为铂系金属，特别地为铂本身。

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